TWI669401B - 熱處理裝置 - Google Patents

Abstract

一種熱處理裝置包含一進料口、一加熱線圈、一冷卻段以及一出料口。加熱線圈包含一第一區段與一第二區段。第一區段係位於第二區段與進料口之間。第一區段的加熱能力高於第二區段的加熱能力。冷卻段緊鄰第二區段。冷卻段係位於加熱線圈與出料口之間。

Description

熱處理裝置

本揭露係關於一種熱處理裝置，且特別係關於一種具有加熱線圈的熱處理裝置。

為了使金屬產品的品質符合消費者的需求，加工廠商通常會對金屬工件的外部表面進行適當的熱處理，例如：光輝熱處理(bright annealing)。舉例來說，熱處理設備包含升溫段(或稱加熱段)以及位於升溫段後方的持溫段，而升溫段與持溫段通常係以不同手段來實現的。具體來說，升溫段通常為可提供熱能的裝置，持溫段通常為以低熱傳導係數的耐火材料所組成的腔室。

本揭露之一些實施方式提供一種改良的熱處理裝置，其可利用單一加熱線圈實現升溫與持溫的效果。

在本揭露的一些實施方式中，一種熱處理裝置包含一進料口、一加熱線圈、一冷卻段以及一出料口。加熱線圈包含一第一區段與一第二區段。第一區段係位於第二區段與進料口之間。第一區段的加熱能力高於第二區段的加熱 能力。冷卻段緊鄰第二區段。冷卻段係位於加熱線圈與出料口之間。

在上述實施方式中，由於加熱線圈之第一區段的加熱能力大於第二區段的加熱能力，故第一區段可用於使金屬工件升溫，而可做為熱處理裝置的升溫段，且第二區段可用於保持金屬工件的溫度在固定的範圍，而可做為熱處理裝置的持溫段。因此，本揭露之實施方式所提供的熱處理裝置可藉由單一加熱線圈實現升溫與持溫的效果。

以上所述僅係用以闡述本揭露所欲解決的問題、解決問題的技術手段、及其產生的功效等等，本揭露之具體細節將在下文的實施方式及相關圖式中詳細介紹。

100‧‧‧進料口

200、200a、200b‧‧‧熱處理段

210‧‧‧外殼

220‧‧‧加熱線圈

221‧‧‧中空金屬管

222、222a、222b‧‧‧第一區段

223‧‧‧絕緣套

224、224a、224b‧‧‧第二區段

230‧‧‧電源

240‧‧‧第一導電臂

250‧‧‧第二導電臂

260‧‧‧移動機構

262‧‧‧第一滾輪

264‧‧‧第二滾輪

270‧‧‧定位筒

300‧‧‧冷卻段

400‧‧‧出料口

D1、D2、D3、D4‧‧‧直徑

L1、L2‧‧‧軸向長度

P1、P2、P3、P4‧‧‧節距

S‧‧‧空間

T1‧‧‧第一通道管

T2‧‧‧第二通道管

X‧‧‧方向

為讓本揭露之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖繪示依據本揭露一些實施方式之熱處理裝置的側視示意圖；第2圖繪示依據本揭露一些實施方式之熱處理段的立體示意圖；第3圖繪示依據本揭露一些實施方式之加熱線圈的剖面示意圖；第4圖繪示依據本揭露一些實施方式之熱處理段的立體示意圖；以及 第5圖繪示依據本揭露一些實施方式之熱處理段的立體示意圖。

以下將以圖式揭露本揭露之複數實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，熟悉本領域之技術人員應當瞭解到，在本揭露部分實施方式中，這些實務上的細節並非必要的，因此不應用以限制本揭露。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

以下實施方式係以光輝熱處理爐來做為本揭露之熱處理裝置的範例，但本揭露並不以此為限。在其他實施方式中，本揭露的熱處理裝置亦可應用於其他類型的熱處理，而不限於光輝熱處理。

第1圖繪示依據本揭露一些實施方式之熱處理裝置的側視示意圖。如第1圖所示，熱處理裝置包含進料口100、熱處理段200、冷卻段300以及出料口400。進料口100、熱處理段200、冷卻段300以及出料口400係依序排列且連通的(例如：沿著圖中的X方向由左至右地排列)。具體來說，在一些實施方式中，熱處理裝置還包含第一通道管T1以及第二通道管T2。進料口100係位於第一通道管T1的入口，而第一通道管T1的出口係位於熱處理段200中。出料口400係位於第二通道管T2的出口，而第二通道管T2的入口係位於熱處理段200，且第二通道管T2會通過冷卻段 300。

藉此，金屬工件(未示於本圖中)可通過進料口100進入第一通道管T1中，並通過第一通道管T1進入熱處理段200中以先被熱處理。當金屬工件離開熱處理段200後，會進入冷卻段300而被冷卻。接著，冷卻後的金屬工件會從出料口400離開此熱處理裝置。

在本揭露的一些實施方式中，熱處理段200所進行的熱處理包含升溫處理與升溫處理後的持溫處理，其中升溫處理對金屬工件造成的升溫速率高於持溫處理對金屬工件造成的升溫速率。在一些實施方式中，持溫處理對金屬工件造成的升溫速率趨近於零。換句話說，金屬工件在持溫處理中的溫度係大致上固定的。也就是說，金屬工件在持溫處理中的溫度會保持在可容許的範圍內，而不會大幅上升或下降。

舉例來說，可參閱第2圖，此圖繪示依據本揭露一些實施方式之熱處理段200的立體示意圖。如第2圖所示，熱處理段200包含加熱線圈220、電源230、第一導電臂240以及第二導電臂250。加熱線圈220可容置於外殼210(如第1圖所示)中。電源230通過第一導電臂240及第二導電臂250電性連接加熱線圈220，以供電給加熱線圈220。在金屬工件M通過加熱線圈220的過程中，會因加熱線圈220所產生的磁場而加熱。

具體來說，在一些實施方式中，電源230可為交流電源，而可提供加熱線圈220交流電，使得加熱線圈220 產生交變磁場。當金屬工件M進入加熱線圈220中時，交變磁場所引起的電磁感應會使得金屬工件M感應產生感應電流(例如：渦電流)。金屬在交變磁場中的的集膚效應會使得這種感應電流集中於金屬工件M的表面，從而提升金屬工件M的表面溫度，以實現對金屬工件M的熱處理。

在一些實施方式中，如第2圖所示，加熱線圈220包含第一區段222與連續地延伸自第一區段222的第二區段224。第一區段222係位於第二區段224與進料口100(可參閱第1圖)之間。也就是說，第一區段222比第二區段224更靠近進料口100(可參閱第1圖)。第一區段222的加熱能力高於第二區段224的加熱能力。換句話說，第一區段222對金屬工件M所造成的升溫速率會大於第二區段224對金屬工件M所造成的升溫速率。在一些實施方式中，第二區段224對金屬工件M所造成的升溫速率趨近於零。也就是說，第二區段224提供給金屬工件M熱能會與自金屬工件M向外逸散的熱能相抵銷。

藉此，第二區段224可做為熱處理裝置的持溫段，而第一區段222可做為熱處理裝置的升溫段。如此一來，本揭露可藉由單一加熱線圈220實現升溫與持溫的效果，而無須在加熱線圈220與冷卻段300之間額外增加由耐火材料所組成的持溫段。也就是說，冷卻段300緊鄰加熱線圈220的第二區段224，而兩者之間不具有由低熱傳導係數的耐火材料所組成的持溫段。故在本揭露中，金屬工件M離開加熱線圈220的第二區段224後，會直接進入冷卻段300 中，而不會再通過傳統由耐火材料所組成的持溫段。

在一些實施方式中，第一區段222與第二區段224的加熱能力差異係由第一區段222與第二區段224的節距差異所產生的。具體來說，第一區段222的節距P1小於第二區段224的節距P2。藉此，第一區段222中的線圈密度會大於第二區段224中的線圈密度，故第一區段222所產生的磁通密度大於第二區段224所產生的磁通密度，從而使得第一區段222對金屬工件M造成的感應電流強度高於第二區段224對金屬工件M造成的感應電流強度。因此，第一區段222的加熱能力可高於第二區段224的加熱能力。

在一些實施方式中，第二區段224的節距P2與第一區段222的節距P1之比值約介於1.2與6之間。當第二區段224節距P2與第一區段222的節距P1之比值大於6時，第二區段224的節距P2會過大，使得第二區段224的加熱能力不足，而可能造成金屬工件M在通過第二區段224時，發生過度的降溫。相對地，當第二區段224的節距P2與第一區段222的節距P1之比值小於1.2時，第二區段224的節距P2會過小，使得第二區段224的加熱能力太高，而可能造成金屬工件M在通過第二區段224時，發生過度的升溫。

在一些實施方式中，加熱線圈220係以X方向為軸向方向來繞線的，且加熱線圈220的第一區段222的軸向長度L1小於第二區段224的軸向長度L2。也就是說，當金屬工件M以等速的方式前進時，金屬工件M在第一區段222的停留時間會小於金屬工件M在第二區段224的停留時 間。藉由這樣的軸向長度差異，可使得金屬工件M的持溫時間高於金屬工件的升溫時間，以助於使金屬工件M的整體溫度能更為均勻。在其他實施方式中，亦可根據各種不同類型的金屬工件M之差異，適當地調整第二區段224的長度，以符合各種不同類型的金屬工件M所需的持溫時間。

在一些實施方式中，第一區段222具有遠離第二區段224之一端，而第一導電臂240係由電源230延伸至第一區段222之該端。相似地，第二區段224具有遠離第一區段222之一端，而第二導電臂250係由電源230延伸至第二區段224之該端。藉此，電源230與加熱線圈220可形成迴路，使得交流電能夠通過第一區段222與第二區段224，以產生交變電場。

在一些實施方式中，熱處理裝置還包含移動機構260，用以將金屬工件M往前移動(例如：使金屬工件M由第一區段222往第二區段224移動)。舉例來說，移動機構260可包含第一滾輪262以及第二滾輪264。第一滾輪262與第二滾輪264的旋轉方向相反。舉例來說，當第一滾輪262係用以順時針旋轉時，第二滾輪264係用以逆時針旋轉。第一滾輪262與第二滾輪264之間的間隙不大於金屬工件M的直徑，且此間隙可允許金屬工件M通過。藉此，金屬工件M的相對兩側(例如：上、下兩側)會緊密地接觸第一滾輪262與第二滾輪264，而當第一滾輪262與第二滾輪264旋轉時，第一滾輪262與第二滾輪264可共同使得金屬工件M前進。

在第2圖所示的實施方式中，第一滾輪262與第二滾輪264係垂直地配置的。舉例來說，第一滾輪262係位於第二滾輪264上方。但在其他實施方式中，第一滾輪262與第二滾輪264亦可非垂直地配置。舉例來說，第一滾輪262與第二滾輪264可水平地配置。

在一些實施方式中，熱處理裝置還包含定位筒270。定位筒270的軸向方向與加熱線圈220的軸向方向相同(例如：均平行於X方向)。藉此，當金屬工件M通過定位筒270後，定位筒270可助於金屬工件M沿著X方向進入加熱線圈220，從而避免金屬工件M與加熱線圈220干涉。在一些實施方式中，加熱線圈220的第一區段222係部分地套設於定位筒270上，以助於加熱線圈220與定位筒270能同軸地配置。

第3圖繪示依據本揭露一些實施方式之加熱線圈220的剖面示意圖。如第3圖所示，在一些實施方式中，加熱線圈220包含由中空金屬管221所繞成的線圈以及絕緣套223。中空金屬管221係包覆於絕緣套223內。藉此，當金屬工件M通過加熱線圈220時，絕緣套223可防止中空金屬管221內的電流外流至金屬工件M。此外，當第一區段222的節距P1很小，使得第一區段222的線圈密度很高時，絕緣套223可防止由中空金屬管221所繞成的線圈中的相鄰兩匝相接觸而產生不理想的磁場。中空金屬管221具有空間S於其中，此空間S可供流體(例如循環水)流通，故可助於將加熱線圈220維持在適當的溫度，而不至於過熱。

第4圖繪示依據本揭露一些實施方式之熱處理段200a的立體示意圖。如第4圖所示，熱處理段200a與前述熱處理段200之間的主要差異係在於：加熱線圈220a的第一區段222a與第二區段224a的直徑不同，並藉由此直徑差異來造成第一區段222a與第二區段224a的加熱能力差異。具體來說，第一區段222a的直徑D1小於第二區段224b的直徑D2。藉此，第一區段222a所產生的磁通密度大於第二區段224a所產生的磁通密度，從而使得第一區段222a對金屬工件M造成的感應電流強度高於第二區段224a對金屬工件M造成的感應電流強度。因此，第一區段222a的加熱能力可高於第二區段224a的加熱能力。

在一些實施方式中，第二區段224a的直徑D2與第一區段222a的直徑D1之比值約介於1.2與6之間。當第二區段224a的直徑D2與第一區段222a的直徑D1之比值大於6時，第二區段224a的直徑D2會過大，使得第二區段224a的加熱能力不足，而可能造成金屬工件M在通過第二區段224a時，發生過度的降溫。相對地，當第二區段224a的直徑D2與第一區段222a的直徑D1之比值小於1.2時，第二區段224a的直徑D2會過小，使得第二區段224a的加熱能力太高，而可能造成金屬工件M在通過第二區段224a時，發生過度的升溫。

在第4圖所示的實施方式中，若第一區段222a與第二區段224a的直徑差異已可達到所需的加熱能力差異，則無須再藉由第一區段222a與第二區段224a的節距差 異來調整兩者的加熱能力。因此，第一區段222a的節距與第二區段224a的節距可實質上相等。然而，本揭露並不以此為限，舉例來說，可參閱第5圖，本圖繪示依據本揭露一些實施方式之熱處理段200b的立體示意圖。熱處理段200b與前述熱處理段的主要差異在於：加熱線圈220b的第一區段222b與第二區段224b的直徑與節距均不同，並藉由此直徑差異與節距差異來造成第一區段222b與第二區段224b的加熱能力差異。

具體來說，第一區段222b的直徑D3小於第二區段224b的直徑D4，且第一區段222b的節距P3小於第二區段224b的節距P4。這樣的直徑差異與節距差異均可使得第一區段222b所產生的磁通密度大於第二區段224b所產生的磁通密度，從而助於第一區段222b的加熱能力高於第二區段224b的加熱能力。

雖然本揭露已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (9)

1. 一種熱處理裝置，包含：一進料口；一加熱線圈，包含一第一區段與一第二區段，該第一區段係位於該第二區段與該進料口之間，該第一區段的加熱能力高於該第二區段的加熱能力，且該第一區段的節距小於該第二區段的節距；一冷卻段，緊鄰該第二區段；以及一出料口，該冷卻段係位於該加熱線圈與該出料口之間。
2. 如請求項1所述之熱處理裝置，其中該第二區段的節距與該第一區段的節距之比值約介於1.2與6之間。
3. 一種熱處理裝置，包含：一進料口；一加熱線圈，包含一第一區段與一第二區段，該第一區段係位於該第二區段與該進料口之間，該第一區段的加熱能力高於該第二區段的加熱能力，其中該第一區段的直徑小於該第二區段的直徑；一冷卻段，緊鄰該第二區段；以及一出料口，該冷卻段係位於該加熱線圈與該出料口之間。
4. 如請求項3所述之熱處理裝置，其中該第二區段的直徑與該第一區段的直徑之比值約介於1.2與6之間。
5. 如請求項1所述之熱處理裝置，其中該第一區段的軸向長度小於該第二區段的軸向長度。
6. 如請求項1所述之熱處理裝置，其中該第二區段係連續地延伸自該第一區段。
7. 如請求項1所述之熱處理裝置，其中該加熱線圈包含一中空金屬管以及包覆該中空金屬管的一絕緣套。
8. 如請求項1所述之熱處理裝置，更包含：一電源，電性連接該加熱線圈。
9. 如請求項8所述之熱處理裝置，更包含：一第一導電臂，由該電源延伸至該第一區段之遠離該第二區段之一端；以及一第二導電臂，由該電源延伸至該第二區段之遠離該第一區段之一端。